AG-Turbo-Vorhaben 1.324: Numerische Simulation des instationaeren Waermeuebergangs an einem Turbinenrotor unter Einschluss von Heissstellen Abschlussbericht

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden der Einfluss von Heissgaseffekten, sogenannten Hot-Spots auf die thermische Belastung von Turbinenrotoren numerisch untersucht. Gemeinhin sind die sehr hohen Turbineneintrittstemperaturen, deren Erhoehung einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des gesamten Prozesswirkungsgrades leisten, nur durch effektive Kuehlungsmassnahmen der Schaufelwerkstoffe realisierbar. Zudem erfahren diese unmittelbar dem Brennkammerbereich folgenden Turbinenstufen eine massive thermische Mehrbelastung durch sogenannte Hot-Spots. Diese Straehnen unverbrannten Treibstoffs brennen beim Eintritt in die Turbinenstufen nach und fuehren zu starken lokalen Temperaturerhoehungen. Zur besseren thermischen Auslegung ist eine detaillierte Kenntnis dieser Hot-Streaks und deren Interaktion mit der instationaeren Turbinenstroemung notwendig. Innerhalb dieses Forschungsprojektes ist die Wechselwirkung zwischen auftretenden Hot-Spots und den besonders belasteten Turbinenrotoren numerisch untersucht worden. Nach anfaenglichen Basisuntersuchungen zur numerischen Modellierung wurde in dreidimensionalen Simulationen anhand einer realen Turbinenkonfiguration systematisch die Wirkungsweise und Interaktionsmechanismen von Heissgasstellen und Rotorschaufeln analysiert. Insgesamt fuehren diese Heissgasstraehnen verstaerkt auf den Druckseiten der Turbinenrotoren zu einer drastischen thermischen Mehrbelastung. (orig.)In this research project the influence of hot-gas effects, so called hot-spots, to the thermal load of high pressure turbine rotors was investigated in. Generally the total process efficiency can massively be improved by an increase of the temperature level at turbine entrance. However the temperatures of modern gas turbines can only be realized by efficient cooling techniques of the turbine blade materials. Furthermore the turbine stages close to the combustion chamber are exposed to an additional thermal loading due to the so called hot-spots. These streaks of unburned fuel entering the first turbine passages can cause a dramatic increase of local temperature in their afterburning process. For an optimized thermal design a detailed knowledge of these hot-streaks and their interaction with the unsteady flow through the turbomachinery flow is necessary. With this research program time accurate numerical investigations were performed to analyze the interaction process between the occurring hot gases and the high loaded turbine rotors. The numerical simulations started with fundamental investigation of the hot-spot and heat transfer modeling. Based on these developements threedimensional time accurate simulations for a realistic high pressure turbine configuration were performed. Herein the unsteady mechanisms of the hot gases and their influence on the heat transfer of the blade material was analyzed. In total the hot-streaks lead to a massiv increase of the thermal loading mainly on the pressure sides. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F02B220+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman